Bioenergética (bioquímica)
La
bioenergética es la parte de la biología muy relacionada con la química física,
que se encarga del estudio de los procesos de absorción, transformación y
entrega de energía en los sistemas biológicos.
En
general, la bioenergética se relaciona con la termodinámica, haciendo especial
uso de variables como la energía de Gibbs.
Los
cambios en la energía de Gibbs nos dan
una cuantificación de la factibilidad energética de una reacción química y
pueden proveer de una predicción de si la reacción podrá suceder o no. Como una
característica general de la bioenergética, esta solo se interesa por los
estados energéticos inicial y final de los componentes de una reacción química,
los tiempos necesarios para que el cambio químico se lleve a cabo en general se
desprecian. Un objetivo general de la bioenergética, es predecir si ciertos
procesos son posibles o no; en general, la cinética cuantifica qué tan rápido
ocurre la reacción química.
El metabolismo
El
metabolismo es el conjunto de transformaciones que experimenta la materia
externa desde su absorción o adición al citoplasma, hasta su eliminación del
mismo. Por ejemplo, las células están compuestas por un complejo sistema de
reacciones químicas que generan energía y otras que utilizan energía, esto en
general es el metabolismo. El metabolismo comprende dos fases:
El anabolismo: síntesis de compuestos orgánicos.
El catabolismo: degradación de sustancias complejas.
Estos
representan la suma de cambios químicos que convierten los alimentos en formas
utilizables de energía y en moléculas biológicas complejas.
El ATP
En
general, el ATP o trifosfato de adenosin es la conexión entre los sistemas que
producen la energía y los que la utilizan; la degradación oxidativa de los
alimentos es un proceso exergónico 'son endergónicos y utilizan la energía
química almacenada en forma de ATP y NADH.
Relaciones
termodinámicas
Las
células vivas son capaces de realizar la conversión de distintas formas de
energía y pueden intercambiar energía con su entorno, es conveniente revisar
algunas leyes o principios de la termodinámica que rigen las reacciones de este
tipo. El primer principio de la termodinámica es una ley de conservación de la
energía y estipula que, aunque la energía se puede convertir de una forma a
otra, la energía total del sistema ha de permanecer constante. Por ejemplo, la
energía química disponible en un combustible metabólico tal como la glucosa se
puede convertir en el proceso de la glucólisis en otra forma de energía
química, el ATP. La energía implicada en un gradiente osmótico electro
potencial de protones establecido a través de la membrana mitocondrial puede
convertirse en energía química al utilizar dicho gradiente para impulsar la
síntesis de ATP. Para discutir el segundo principio de la termodinámica se debe
definir el término entropía. La entropía (que se designa con el símbolo S) es
una medida o indicador del grado de desorden en un sistema. La entropía se
puede considerar también como la energía de un sistema que no se puede utilizar
para realizar trabajo efectivo. Todos los procesos, ya sean químicos o
biológicos progresan hacia una situación de máxima entropía. No obstante, en
los sistemas biológicos es casi imposible cuantificar cambios de entropía ya
que estos sistemas raramente están en equilibrio. Por razones de sencillez y
por su utilidad inherente en estos tipos de consideraciones, se empleará la
cantidad denominada energía de Gibbs.
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